中國蕨
[拼音]：diqiu zizhuan
[英文]：rotation of the Earth
地球繞自轉軸自西向東的轉動。地球自轉是地球的一種重要運動形式，自轉的平均角速度為7.292×10-5弧度／秒，在地球赤道上的自轉線速度為465米／秒。
作為一個科學研究的課題，關於地球自轉的主要研究內容是：在地球內部和外部的各種因素作用下，地球自轉的各種複雜的變化規律。按照運動形態分類，可以對地球自轉的變化從3方面進行研究，即地球自轉速度的變化，地球自轉軸相對於地球本體的運動和地球自轉軸在空間的運動。
自轉速度的變化
地球自轉是最早用來計量時間的基準，相應的時間單位就是通常的日，這種計量時間的系統稱為世界時。20世紀初以來，天文學的一項重要發現是，確認地球自轉速度是不均勻的，從而動搖了以地球自轉來計量時間的傳統觀念，出現了曆書時和原子時。到目前為止，人們發現地球自轉速度有以下3種變化：
長期減慢
這種變化使日的長度在一個世紀內大約增長1～2毫秒，使以地球自轉週期為基準所計量的時間，2000年來累計慢了2個多小時。地球自轉的長期減慢，可以通過對月球、太陽和行星的觀測資料以及古代日月食資料的分析加以確認。從對古珊瑚化石生長線的研究，可以得到地質時期地球自轉的情況。例如，人們發現在泥盆紀中期，即37000萬年以前，每年約有400日左右，這與天文論證的地球自轉長期減慢的量級是一致的。引起地球自轉長期減慢的原因主要是潮汐摩擦。由於潮汐摩擦地球自轉角動量逐漸減少，同時使月球遠離地球，進而使月球繞地球公轉的週期變長。這種潮汐摩擦作用主要發生在淺海地區。另外，海平面和冰川的變化、大氣的影響以及地幔和地核之間的角動量交換，也可能會引起地球自轉的長期變化，這些問題目前尚在進一步研究中。
週期性變化
地球自轉速度季節性的週期變化是20世紀50年代根據對天文測時的分析發現的。除春天變慢和秋天變快的週年變化外，還有半年週期的變化。這些變化的振幅和位相，相對來說比較穩定。相應的物理機制也研究得比較成熟，看法比較一致。週年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風的季節性變化引起的；半年變化的振幅約為9毫秒左右，主要是由太陽潮汐引起的。由於天文測時的精度的不斷提高，在60年代末，從觀測資料中求得了地球自轉速度的一些微小的短週期變化，其週期主要是一個月和半個月，振幅的量級只有1毫秒左右，這主要是由月球潮汐引起的。
不規則變化
地球自轉還存在著時快時慢的不規則變化。這種不規則變化同樣可以在月球、太陽和行星的觀測資料中以及天文測時的資料中得到反映。根據其變化的情況，大致可以分為3種類型：
（1）在幾十年或更長的一段時間內，約有不到±5×10-10／年的相對變化；
（2）在幾年到十年時間，約有不到±8×10-9／年的相對變化；
（3）在幾個星期到幾個月期間，約有不到±5×10-8／年的相對變化。前兩種型別的變化相對來說比較平穩，而最後一種變化是相當激烈的。一般認為，比較平穩的變化型別可能是由於地幔和地核之間的角動量交換或海平面變化引起的，而比較激烈的變化型別可能是由於風的作用引起的。這些分析研究，目前還處於探索階段。
地球自轉軸對於地球本體的運動
地球自轉軸相對於地球本體的位置是變化的，這種運動稱為地極移動，簡稱極移。1765年尤拉(L.Euler)證明，如果沒有外力的作用，剛體地球的自轉軸將在地球本體內圍繞形狀軸作自由擺動，週期為305恆星日。這是存在極移的首次預言。一直到1888年人們才從緯度變化的觀測中證實了極移的存在。1891年，美國的張德勒(S.C.Chandler)進一步指出，極移包括兩種主要週期成分：一種是週期約14個月的自由擺動，又稱為張德勒擺動；另一種是週期為12個月的受迫擺動。
實際觀測到的張德勒擺動就是尤拉所預言的自由擺動。張德勒擺動的週期比尤拉所預言的週期約長40％，其原因在於地球並不是一個絕對剛體，這是地球彈性的一種反映。對張德勒擺動的研究可以為人們提供豐富的地球物理資訊。根據對實測的張德勒擺動的分析可以得到：其振幅大約在 0.06″～0.25″ 之間緩慢變化；其週期也是變化的，變化範圍約為410～440天，並且振幅變化和週期變化之間是統計相關的。
張德勒擺動的這些特徵的物理本質，長期以來一直是懸而未決的問題。比較流行的一種看法是阻尼- 激發模型。週期的變化表示張德勒擺動是一種阻尼運動；振幅的可變而又不消失，表示張德勒擺動又不斷地受到激發。目前，無論是阻尼的機制，還是激發的機制都沒有一種成熟的理論。曾經從海洋、核幔耦合以及地幔的流變性等方面對阻尼進行過研究；從大氣、核幔耦合以及地震等方面對激發進行過研究。除了阻尼- 激發模型的解釋以外，另外一種看法是雙頻或多頻模型。認為張德勒擺動具有兩種很接近的週期，甚至具有更多種週期，而譜線的加寬和振幅的變化都是某種干涉現象造成的。但是，要從目前的地球物理知識來尋找這種雙頻或多頻模型的物理本質將是相當困難的。
極移的另一個主要成分是週年受迫擺動，其振幅約為 0.09″，相對來說這種運動比較穩定。主要是由於大氣負載、地下水分佈、冰雪層等季節性變化引起轉動慣量主軸方向的變化，從而改變了自轉軸的方向。
由液態外核和地幔之間慣性耦合，可以計算出自轉軸還存在一種週期近於1日的微小的近週日自由擺動，其振幅約為 0.02″。由於這種振幅的量值與觀測的噪聲水平差不多，因此目前還難於檢測。另外，在太陽和月球引力作用下，自轉軸還存在一種週日受迫擺動，振幅約為0.02″。
根據到目前為止所積累的八十幾年的極移資料，用適當的數學方法和除掉張德勒擺動和週年擺動等週期分量以後，求得了長期極移的統計結果。這些結果指出，長期極移的平均速度約為0.003秒/年，方向大致在西經70°左右。此外，還存在有二十幾年的長週期運動的分量。對於這些結果的真實性還有爭議，就其物理機制的探討更是粗略，可能是地球內部或表面物質分佈的變化和不平衡，引起整個地球相對自轉軸有一種長期扭動。根據古氣候、古生物、古地磁等方面的研究，發現自轉極和地磁極以及各個大陸在漫長的地質年代裡有過大規模移動，表明長期極移是可能存在的。
地球自轉軸在空間的運動
地球的極半徑約比赤道半徑短1/300，同時地球自轉的赤道面、地球繞太陽公轉的黃道面和月球繞地球公轉的白道面，這三者並不在一個平面上。由於這些因素，在月球、太陽和行星的引力作用下，使地球自轉軸在空間產生了複雜的運動。這種運動通常稱為歲差和章動。
歲差運動表現為地球自轉軸圍繞黃道軸旋轉，在空間描繪出一個圓錐面，繞行一週約需26000年。同時黃道面和赤道面的交角（簡稱黃赤交角，約為23.5°）每一世紀大約減小 47″。章動就是疊加在歲差運動上的許多振幅不超過 10″的複雜的週期運動，其中主項是週期為18.6年的橢圓運動，橢圓長半徑約為 9″多，此外尚有許多振幅在1″以下的各種短週期項。
根據剛體動力學的理論，可以建立起在外力作用下自轉軸在空間的運動方程，並解算出歲差和章動。以剛體地球為基礎的章動理論值和實測值之間存在著某些差異，導致人們對液核地球模型進行研究。1979年美國瓦爾(J.Wahr)建立了液核地球的章動理論，經由國際天文學聯合會(IAU)研究，定名為IAU1980章動模型，決定從1984年起正式在全世界採用。
地球自轉引數的測定
地球自轉引數通常是指地球自轉速度和極移。這些引數決定著地面觀測站在空間的精確位置以及地球座標系在空間的指向。這是地面精密測繪和跟蹤人造天體所需要的引數。同時，這些引數和地球的內部結構、物質運動、物理特徵、各種結構層次（大氣層、水層、地殼、地幔和地核等）之間的相互作用都息息相關。在某種意義上，地球自轉引數可以看作是地球的脈搏，它提供了豐富的地球物理資訊。
對地球自轉引數進行系統的測定已有八十幾年的歷史。目前共有兩個國際機構收集全世界的各種觀測資料，進行統一處理，分別及時地向全世界提供系統的地球自轉引數，以滿足各方面的需要。這兩個機構是設在法國巴黎的國際時間局（縮寫 BIH）和日本水澤的國際極移服務（縮寫IPMS）。目前所提供的地球自轉引數的精度，按角度測量的精度來表示，已達到± 0.01″的量級。
目前測定地球自轉引數所用的技術可分為兩大類：經典技術和新技術。經典技術主要是目前廣泛使用的傳統的光學天體測量儀器，如照相天頂筒、等高儀、中星儀、天頂儀等，這些儀器一般都配置在天文臺。為了測量地球自轉引數還需要配備有高精度的原子鐘或石英鐘及相應的時間對比的裝置。新技術是指20世紀60年代後期以來，應用空間、鐳射、射電技術，所出現的人造衛星多普勒觀測、人造衛星鐳射測距、月球鐳射測距、甚長基線射電干涉儀等新技術。這些新技術經過研製、試驗、改進，目前已逐步進入組網聯測階段。預計今後用新技術測角可達到 0.001″級，測距可達釐米級的測量精度。目前正處於經典技術和新技術相互比較，新舊技術交替的過渡時期。
鑑於地球自轉引數在現代科學中的重要性，進入20世紀80年代以來，由國際大地測量學和地球物理學聯合會(IUGG)和國際天文學聯合會 (IAU)共同組織一系列監測地球自轉的全球合作計劃，動用全世界各種經典技術和新技術對地球自轉進行監測和分析研究。
參考書目
W.M.芒克和G.J.F.麥克唐納著，李啟斌等譯：《地球自轉》，科學出版社，北京，1976。(W.M.Munk and G.J.F.MacDonald，The Rotation of the Earth，Cambridge Univ.Press，London，1960.)
傅承義編著：《地球十講》，科學出版社，北京，1976。
M.G.Rochester，The Earth‘s Rotation，Transactions， American Geophysical Union，Vol，54，No.8，pp.769～780，1973.